Квантові комп’ютери нового покоління: битва за лідерство

Квантові комп’ютери вже сьогодні перетворюються з наукової фантастики на реальність. У грудні 2024 року компанія Google представила свій квантовий процесор Willow, що складається зі 105 кубітів [1]. Незабаром китайська команда під керівництвом Пан Цзяньвея з Університету науки і технологій Китаю продемонструвала аналогічний пристрій Zuchongzhi 3.0, також на 105 кубітів [2]. Обидві команди заявляють про досягнення квантової переваги – здатності виконувати завдання, недоступні класичним комп’ютерам.

Китайський процесор Zuchongzhi 3.0

Китайські вчені під керівництвом відомого фізика Цзяньвея Пана презентували квантовий процесор Zuchongzhi 3.0, який складається з 105 надпровідних кубітів і 182 кубітних зв’язків [2].

Головною технологічною перевагою цього процесора є значне збільшення часу когерентності — періоду, протягом якого квантові біти зберігають свій крихкий квантовий стан, що критично важливо для виконання складних обчислень. Це вдалося досягнути шляхом оптимізації ємності (індуктивності й конденсаторів) та зменшення шумів від електроніки кімнатної температури. Також удосконалено процес виготовлення кубітів шляхом з’єднання двох субстратів, що дозволило суттєво зменшити рівень помилок і втрат енергії в системі [2].

Для демонстрації можливостей Zuchongzhi 3.0 команда провела експеримент з random circuit sampling (вибіркою випадкових квантових кіл). Процесор успішно виконав складне завдання на 83 кубітах із 32 логічними циклами за 100 секунд, тоді як для класичного комп’ютера це завдання потребувало б мільярдів років обчислень [2].

Американський квантовий процесор Willow

Компанія Google Quantum AI також не відстає у гонці за квантову перевагу. Її процесор Willow, що був презентований у грудні 2024 року, також має 105 надпровідних кубітів [1]. Willow відзначається унікальною здатністю підтримувати поверхневі коди (surface codes), що є важливим кроком до створення надійної квантової пам’яті, необхідної для повноцінних квантових обчислень [1].

Google стверджує, що для симуляції завдання, виконаного Willow за 5 хвилин, класичним суперкомп’ютерам знадобилося б 10²⁵ років [1]. Willow має незначну перевагу над Zuchongzhi 3.0 за параметрами точності виконання квантових операцій і якості зчитування інформації з кубітів, хоча обидва процесори перебувають на одному рівні за кількістю кубітних зв’язків [2].

Квантові комп’ютери та технологічні виклики

Надпровідні кубіти є найпоширенішою технологією, яку використовують у сучасних квантових процесорах завдяки високій точності, швидкості роботи та можливості масштабування. Обидва описані процесори побудовані саме на таких кубітах. Водночас ключовим викликом залишається боротьба з шумами й помилками, що виникають у квантових системах. Команди з США та Китаю незалежно одна від одної успішно подолали ці виклики завдяки різним технічним рішенням, зокрема оптимізації компонентів і впровадженню нових методів захисту інформації [1,2].

Геополітичний аспект квантових технологій

Квантові технології мають подвійне призначення: їхній потенціал може використовуватися як у цивільній сфері, так і у військових цілях. Через це США та низка інших країн ввели жорсткі обмеження на експорт квантових процесорів потужністю понад 34 кубіти, прагнучи зберегти стратегічну технологічну перевагу [3]. Це пояснює гостроту конкуренції та політичне значення подібних наукових досягнень, які можуть докорінно змінити баланс сил у світі.

Висновок

Джерела:

1. Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code threshold,” Nature 638, 920 (2024).https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y

2. D. Gao et al., “Establishing a quantum advantage with Zuchongzhi 3.0,” Phys. Rev. Lett. 134, 090601 (2025).https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.090601

3. M. Sparkes, “The mysterious quantum export deal,” New Scientist 263, 18 (2024).https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0262407924012648?via%3Dihub